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Progression du défi scientifique et technologique Comment construire un jeu électrique ?
Projet :
HParticiper à un concours scientifique et technologique "construire un jeu électrique". * Au cycle 2 : jeu d'adresse, jeu de questions/réponses, éclairage d'un affichage...* Au cycle 3 : jeu de questions/réponses avec une difficulté supplémentaire "ne pas avoir les
réponses placées aux mêmes endroits lorsqu'on change de fiche de questions". HRédiger la fiche de construction de son jeu pour la mettre à disposition des autres classes participantes. L'accompagner si possible d'une vidéo ou d'un album photos numérisé.HDécouvrir, en fin d'année, le travail produit par les autres classes (en visionnant les documents
mis en ligne).Objectifs visés :
Faire découvrir des solutions techniques permettant d'électrifier un jeu. Concevoir l'objet, le réaliser,
rédiger sa fiche de fabrication. Compétences visées : connaître et utiliser la démarche d'investigation - Connaître et réaliser quelques circuits électriques simples utilisant des lampes (CII) - Connaître les règles de sécurité et les dangers de l'électricité. - Connaître la distinction entre isolant et conducteur. - Réaliser et comparer des montages en série et en dérivation alimentant des lampes. - Savoir schématiser des circuits électriques. - Approcher la notion de fusible et de disjoncteur.Vocabulaire : lampe, interrupteur, conducteur, isolant, pile, bornes, circuit ouvert, circuit fermé,
série, dérivation, fusible, court-circuit, disjoncteurs, électrocution... - Réaliser des objets techniques répondant à une fonction. Cahier des charges (et critères d'évaluation pour le vote final) :Imaginer et construire :
* Au cycle 2 : jeu d'adresse, jeu de questions/réponses, éclairage d'un affichage...* Au cycle 3 : jeu de questions/réponses avec une difficulté supplémentaire "ne pas avoir les réponses
placées aux mêmes endroits lorsqu'on change de fiche de questions".- un jeu qui utilise une lampe, un buzzer ou un vibreur qui change d'état (s'allume, buzze ou vibre) soit en
cas de mauvaise action (jeu d'adresse) soit en cas de bonne action (question réponse). - dont les circuits électriques sont cachés. Il doit être esthétique.Sa taille et les matériaux utilisés pour sa réalisation sont laissés au choix ; les matériaux de récupération
sont cependant préconisés. Lien avec la maitrise de la langue/production d'écrit : rédiger la règle du jeu.Pré-requis :
Travailler la prévention des dangers liés à l'électricité :- Insister sur les différences entre l'électricité utilisée à la maison dans les prises et l'éclairage et
celle que l'on va utiliser dans le jeu.La quantité d'électricité fournie par une pile est très faible et ne pourra pas mettre en danger la vie
d'une personne alors que l'électricité utilisée pour s'éclairer, se chauffer ... est très dangereuse car
très puissante. 1/12 - Il ne faut jamais toucher une prise électrique, une lampe, ou un fil électrique au sol.- Ne jamais verser de l'eau sur une prise ou tout appareil électrique... l'eau facilite la circulation de
l'électricité... Il y a risque d'électrocution.Progression
- étape 1 :Enrôlement dans l'activité.Plusieurs entrées possibles
- Un atelier libre " jeux non électriques » et " jeux électriques » peut être mis en place dans la
classe. Les élèves jouent, découvrent, essayent... Les jeux proposés pourront être de plusieurs sortes : jeux pour lesquels " une lampe s'allume », ou " ça vibre », ou " ça fait du bruit »...Jeux divers : jeux d'adresse " fils tortillés électrifiés », " récupération d'objets » - jeux de
questions et réponses, jeux de kim ... - Des photos de jeux électriques peuvent être montrées. (Voir la banque d'images) Demander aux élèves de " classer les jeux » en différentes catégories.En fin de séquence, on peut préciser aux élèves qu'une catégorie correspond aux " jeux
électriques ».
- Un jeu peut être apporté par le maître qui demande aux élèves " d'après vous comment ce
jeu fonctionne-il? »Enrôlement par le maître :
Nous allons fabriquer un jeu "électrique".
Une seule production pour la classe, construit de façon collective, ou plusieurs jeux différents, construits par plusieurs groupes d'élèves.Mise en commun des idées.
Quel jeu veut-on faire ?
Quel sera le but de notre jeu?
Avec quel matériel sera-t-il fabriqué?
(Elaboration du premier jet du cahier des charges).Rappel du cahier des charges (il est utile de l'afficher de façon à ce que la classe puisse s'y
référer tout au long de la séquence - Annexe F ) : pour notre défi, nous devons construire
un jeu et rédiger sa fiche de construction. *Au cycle 2 : jeu d'adresse, jeu de questions/réponses, éclairage d'un affichage...* Au cycle 3 : jeu de questions/réponses avec une difficulté supplémentaire " ne pas avoir les
réponses placées aux mêmes endroits lorsqu'on change de fiche de questions ». Conception initiale sur la démarche d'investigation : (annexe 14) Faire émerger les représentations des élèves.Demander aux élèves "Selon vous, quelles sont les différentes étapes d'une démarche scientifique?"
ou " Selon vous, quelles sont les différentes étapes d'une expérience scientifique?"Conduire une phase de mise en commun puis présenter aux élèves les différentes étapes de la fiche
"démarche d'investigation" , utiliser les LOGOS. 2/12 Démarrage de la démarche d'investigation (première) : Présenter la fiche " démarche d'investigation élève » Se référer à la fiche " démarche d'investigation enseignant »Tout au long de la séquence, on utilisera les logos : affichage au tableau des logos correspondants aux
étapes travaillées lors des séances successives.NB : Il est rappelé que cette progression n'est donnée qu'à titre d'exemple. A ce titre, les étapes
développées ci-après, permettent la réalisation d'un jeu électrique produisant un signal lumineux. Elles
peuvent cependant être adaptées afin que le signal produit soit sonore ou autre...- étape 2 :Préambule : faire comprendre aux élèves qu'ils ont besoin de nombreuses connaissances
en électricité pour pouvoir fabriquer notre jeu. Leur annoncer que pour cela, ils vont vivre plusieurs expériences scientifiques qui les habitueront à respecter les 5 étapes de la démarche scientifique. Étape 1 : Afficher sur le tableau le logo correspondant. Ecrire l'énoncé du " problème scientifique à résoudre " sur le tableau : Comment allumer une lampe à l'aide d'une pile plate? (ou Comment allumer une DEL "Diode Electro Luminescente" à l'aide d'une pile plate?)Matériel fourni :
Une pile plate ou une cellule photovoltaïque
Une lampe ou une DEL (attention la DEL doit être associée à une résistance) Étape 2 : Afficher sur le tableau le logo correspondant. - Formulation d'hypothèses : Imagine un montage qui permet d'allumer une lampe ou une DEL... réalise le schéma (du dessin au schéma) (Annexe 6)Lors de la mise en commun des schémas, inviter les élèves à utiliser des signes ou shémas
"compréhensibles" par le groupe classe.Introduire les conventions d'écriture.
Veiller à ce que lés élèves utilisent un vocabulaire précis lié au matériel fourni : électricité,
pile, lame ou borne, ampoule, plot, culot, DEL, cellule photovoltaïque. Attention, les propositions doivent être formulées par le groupe classe en vue d'obtenir des schémas "compréhensibles par tous". Afin que chaque groupe arrive à lire le schéma des autres groupes, il est nécessaire de construire un codage commun, la même convention .(Cf. Annexe 2 : Conventions de schématisation électrique). Il est important d'être exigeant sur la précision du vocabulaire. Schématisation du montage à l'aide d'une convention schématique "compréhensible par tous". Représentation de nouveaux schémas soit par les élèves avec une mise en commun soit par le maître. 3/12 - étape 3 :Étape 3 : Afficher sur le tableau le logo correspondant. - Activités : expérimentation Lister le matériel à l'aide d'un vocabulaire précis A partir des schémas de montages électriques, tester les hypothèses. Réalisation des montages schématisés avec le matériel fourni aux élèves. Étape 4 : Afficher sur le tableau le logo correspondant. - Validation ou invalidation des hypothèses. Étape 5 : Afficher sur le tableau le logo correspondant. - Institutionnalisation Mise en commun des productions, trier la ou les solutions qui permettent d'allumer la lampe et celles qui ne permettent pas d'allumer la lampe ou trier la ou les solutions qui permettent d'allumer la DEL et celles qui ne permettent pas d'allumer la DEL. - Exemple de trace écrite: La lampe s'allume lorsque le plot touche une borne et le culot l'autre borne. La DEL s'allume lorsque chacune de ses bornes sont reliées à chaque borne dela pile. La DEL est orientée et ne fonctionne que dans un sens, lorsque la borne " + » de la pile
est associée à la borne " - » de la DEL Démarrage de la démarche d'investigation (deuxième) : - étape 4 : Étape 1 : Afficher sur le tableau le logo correspondant. Ecrire l'énoncé du " problème scientifique à résoudre " sur le tableau : "Comment allumer une lampe à distance à l'aide d'une pile plate et de deux filsélectriques?"
" Comment allumer une DEL à distance à l'aide d'une pile plate et de deux filsélectriques? »
Matériel fourni :
Une pile plate ou une cellule photovoltaïque
Une lampe ou une DEL (attention la DEL doit être associée à une résistance) deux fils électriques. Étape 2 : Afficher sur le tableau le logo correspondant. - Formulation d'hypothèses : par les élèves, forme au choix de l'enseignant. Imagine un montage qui permet d'allumer une lampe ou une DEL à distance... réalise le schéma, utilise les conventions définies à la séance précédente. 4/12 Étape 3 : Afficher sur le tableau le logo correspondant. - Activités : expérimentation Observation et manipulation du matériel à disposition. Schématisation du circuit permettant d'allumer à distance la lampe ou la DEL. Étape 4 : Afficher sur le tableau le logo correspondant. - Validation ou invalidation des hypothèses. Comparaison individuelle avec le schéma de l'hypothèse, validation individuelle de son hypothèse. Mise en commun des schémas, validation des schémas. Étape 5 : Afficher sur le tableau le logo correspondant. - Institutionnalisation Affichage des productions élèves "schémas permettant d'allumer à distance une lampe ou une DEL".- Exemple de trace écrite : Lorsque la lampe s'allume, le circuit est fermé. L'électricité peut
circuler d'une borne de la pile à l'autre borne (suivre avec le doigt le chemin de l'électricité).
Conception d'un affichage collectif (schémas légendés d'un circuit simple fermé). vocabulaire : électricité, pile, lame ou borne, ampoule, plot, culot, DEL, cellule photovoltaïque, fil électrique, circuit simple fermé. Démarrage de la démarche d'investigation (troisième) : - étape 5 : Étape 1 : Afficher sur le tableau le logo correspondant. Ecrire l'énoncé du " problème scientifique à résoudre " sur le tableau : "Les objets laissent-ils circuler l'électricité ?"Matériel fourni :
Une pile plate ou une cellule photovoltaïque
Une lampe ou une DEL (attention la DEL doit être associée à une résistance)Trois fils électriques.
Des objets conducteurs : trombone métallique, ciseaux, papier aluminium, fil électrique dénudé, crayon gris taillé des deux cotés. Des objets isolants : ficelle nylon, ficelle coton, laine, gomme, pince à linge en bois, crayon gris non taillé, règle en plastique. 5/12 Étape 2 : Afficher sur le tableau le logo correspondant. - Formulation d'hypothèses : par les élèves, forme au choix de l'enseignant.Travailler la gestion des données : préparer un tableau de données des objets qui laissent ou
ne laissent pas circuler l'électricité. Annexe 1 - Conducteurs isolants Imagine un montage qui permet de tester si un objet laisse ou ne laisse pas circuler l'électricité. Étape 3 : Afficher sur le tableau le logo correspondant. - Activités : expérimentation Observation et manipulation du matériel à disposition. Schématisation du circuit permettant de tester si un objet laisse ou ne laisse pas circuler l'électricité. Présentation des données : compléter le tableau des objets qui laissent ou ne laissent pas circuler l'électricité. Étape 4 : Afficher sur le tableau le logo correspondant. - Validation ou invalidation des hypothèses. Observation du montage réalisé. Mise en commun des résultats du tableau. Étape 5 : Afficher sur le tableau le logo correspondant. - Institutionnalisation - trace écrite : Trier les objets en deux catégories : Isolants électriques et conducteurs. Comprendre et expliquer la notion de circuit ouvert et fermer et le rôle des interrupteurs. vocabulaire : circuit fermé, circuit ouvert, isolant électrique, conducteur électrique. Démarrage de la démarche d'investigation (Quatrième) : - étape 6 : Étape 1 : Afficher sur le tableau le logo correspondant. Ecrire l'énoncé du " problème scientifique à résoudre " sur le tableau : "Comment allumer plusieurs lampes en même temps?"